JP6393293B2 - Imaging device and imaging apparatus - Google Patents

Imaging device and imaging apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP6393293B2
JP6393293B2 JP2016119129A JP2016119129A JP6393293B2 JP 6393293 B2 JP6393293 B2 JP 6393293B2 JP 2016119129 A JP2016119129 A JP 2016119129A JP 2016119129 A JP2016119129 A JP 2016119129A JP 6393293 B2 JP6393293 B2 JP 6393293B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
refractive index
photoelectric conversion
microlens
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016119129A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016178341A (en
Inventor
福田 浩一
浩一 福田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2016119129A priority Critical patent/JP6393293B2/en
Publication of JP2016178341A publication Critical patent/JP2016178341A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6393293B2 publication Critical patent/JP6393293B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、撮像素子及び撮像装置に関するものである。   The present invention relates to an imaging element and an imaging apparatus.

撮影レンズの焦点状態を検出するために、デジタルスチルカメラに用いられるCMOS型イメージセンサ(固体撮像装置)を用いて、瞳分割方式の焦点検出を行う固体撮像装置が開示されている(特許文献1)。特許文献1の固体撮像装置は、固体撮像装置を構成する多数の画素のうち、一部の画素が撮影レンズの焦点状態を検出するために光電変換部が2つに分割された構成になっている。そして、2つに分割された光電変換部は、マイクロレンズを介して撮影レンズの瞳の異なる所定領域をそれぞれ受光するように構成されている。   In order to detect the focus state of a photographic lens, a solid-state imaging device that performs focus detection of a pupil division method using a CMOS image sensor (solid-state imaging device) used in a digital still camera is disclosed (Patent Document 1). ). The solid-state imaging device of Patent Document 1 has a configuration in which a photoelectric conversion unit is divided into two parts in order to detect the focus state of the photographic lens among some of the pixels constituting the solid-state imaging device. Yes. And the photoelectric conversion part divided | segmented into 2 is comprised so that the predetermined area | region from which the pupil of a photographic lens differs through a microlens, respectively, may be light-received.

一方、特許文献2では、焦点検出用画素のマイクロレンズの集光パワーが不足した場合、集光パワーの不足を補うためにマイクロレンズと光電変換部の間に層内レンズを形成することが提案されている。   On the other hand, in patent document 2, when the condensing power of the micro lens of the focus detection pixel is insufficient, it is proposed to form an in-layer lens between the micro lens and the photoelectric conversion unit in order to compensate for the insufficient condensing power. Has been.

特開2005−106994号公報JP 2005-106994 A 特開2007−281296号公報JP 2007-281296 A

ところで、マイクロレンズの集光スポット径は、開口数と入射光の波長λによって決まる回折限界よりも小さくすることはできない。つまり、回折限界より小さい領域に光を結像することはできない。よって、撮像素子の高解像度化に伴い画素サイズが微細化し、回折限界と同程度に近づくと、瞳分割性能は急速に悪化してしまう。さらに、画素サイズが回折限界以下になると、マイクロレンズによる瞳分割は不可能となってしまう。   By the way, the condensing spot diameter of the microlens cannot be made smaller than the diffraction limit determined by the numerical aperture and the wavelength λ of incident light. That is, light cannot be imaged in a region smaller than the diffraction limit. Therefore, when the pixel size becomes finer as the resolution of the image sensor increases and approaches the diffraction limit, the pupil division performance deteriorates rapidly. Furthermore, when the pixel size is equal to or smaller than the diffraction limit, pupil division using a microlens becomes impossible.

したがって、撮像素子の画素サイズの微細化に対応するためには回折限界を小さくする必要がある。しかしながら、特許文献2で提案されている構成では、回折限界を十分に小さくすることができず、画素サイズの微細化に伴い焦点検出用画素の瞳分割性能が低下してしまうという課題がある。さらに、高解像度のための画素サイズの微細化に加え、裏面照射型撮像素子などで、標準画素の受光効率を向上させるためにマイクロレンズと光電変換部との距離が短くなる場合、焦点検出用画素の瞳分割性能がより低下してしまうという課題がある。   Therefore, it is necessary to reduce the diffraction limit in order to cope with the miniaturization of the pixel size of the image sensor. However, in the configuration proposed in Patent Document 2, there is a problem that the diffraction limit cannot be made sufficiently small, and the pupil division performance of the focus detection pixel is lowered as the pixel size is miniaturized. Furthermore, in addition to miniaturization of the pixel size for high resolution, if the distance between the microlens and the photoelectric conversion unit is shortened in order to improve the light receiving efficiency of the standard pixel with a back-illuminated image sensor, etc., for focus detection There exists a subject that the pupil division | segmentation performance of a pixel will fall more.

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、撮像素子の画素が微細化された場合に、焦点検出用信号を取得する画素の瞳分割性能を良好に維持することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to satisfactorily maintain the pupil division performance of a pixel that acquires a focus detection signal when the pixel of an image sensor is miniaturized.

上記目的を達成するために、本発明の撮像素子は複数の画素を有し、前記複数の画素の内の少なくとも一部の画素が、それぞれ、マイクロレンズと、瞳分割方式のデフォーカス検出に用いられる信号を出力する、少なくとも1つ以上の光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズとの間に形成された層内レンズと、前記層内レンズと前記光電変換部との間に配置され、前記マイクロレンズの光軸から偏心した開口を有し、前記光電変換部の受光面の少なくとも一部を遮光する遮光層と、前記層内レンズと、前記遮光層および前記開口部分の前記光電変換部の受光面との間に充填された高屈折率層と、前記マイクロレンズと前記遮光層との間であって、前記高屈折率層の周囲充填するように構成され、前記高屈折率層の屈折率以下の屈折率を有する低屈折率層とを有し、前記高屈折率層は、前記マイクロレンズと前記層内レンズにより前記受光面に入射光を集光させる屈折率を有する。 In order to achieve the above object, the imaging device of the present invention has a plurality of pixels, and at least some of the plurality of pixels are used for microlens and pupil division type defocus detection, respectively. Output at least one photoelectric conversion unit, an in-layer lens formed between the photoelectric conversion unit and the microlens, and disposed between the in-layer lens and the photoelectric conversion unit A light-shielding layer that has an opening decentered from the optical axis of the microlens and shields at least a part of a light-receiving surface of the photoelectric conversion unit, the inner-layer lens, the light-shielding layer, and the photoelectric of the opening part. and high refractive index layers filling between the light receiving surface of the converter unit, a between the micro lens and the light-shielding layer is configured to fill the periphery of the high refractive index layer, the high Less than the refractive index of the refractive index layer And a low refractive index layer having a Oriritsu, the high refractive index layer has a refractive index for condensing incident light on the light receiving surface by the layer lens and the microlens.

本発明によれば、撮像素子の画素が微細化された場合に、焦点検出用信号を取得する画素の瞳分割性能を良好に維持することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when the pixel of an image pick-up element is refined | miniaturized, the pupil division | segmentation performance of the pixel which acquires the signal for focus detection can be maintained favorable.

本発明の実施形態に係るカメラの概略構成を示す図。1 is a diagram showing a schematic configuration of a camera according to an embodiment of the present invention. 実施形態における撮像素子の概略回路構成を示す図。1 is a diagram illustrating a schematic circuit configuration of an image sensor according to an embodiment. 実施形態における撮像用画素の概略平面図と、撮影用画素と射出瞳との関係を説明するための図。FIG. 4 is a schematic plan view of imaging pixels according to the embodiment and a diagram for explaining a relationship between imaging pixels and an exit pupil. 第1の実施形態における焦点検出用画素の概略平面図と、焦点検出用画素と射出瞳との関係を説明するための図。FIG. 3 is a schematic plan view of focus detection pixels according to the first embodiment and a diagram for explaining a relationship between the focus detection pixels and the exit pupil. 第1の実施形態における焦点検出用画素の断面遮光層の開口部が高屈折率層で充填されている焦点検出用画素の概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a focus detection pixel in which an opening of a cross-sectional light shielding layer of the focus detection pixel in the first embodiment is filled with a high refractive index layer. 遮光層の開口部が低屈折率層で充填されている従来の焦点検出用画素の回折限界を説明するための概略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a diffraction limit of a conventional focus detection pixel in which an opening of a light shielding layer is filled with a low refractive index layer. 遮光層の開口部が高屈折率層で充填されている第1の実施形態の焦点検出用画素の回折限界を説明するための概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a diffraction limit of the focus detection pixel of the first embodiment in which an opening of a light shielding layer is filled with a high refractive index layer. 分割された光電変換部の受光面が高屈折率層で充填されている第2の実施形態の焦点検出用画素の概略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a focus detection pixel according to a second embodiment in which a light receiving surface of a divided photoelectric conversion unit is filled with a high refractive index layer. 光導波路の受光面に形成された遮光層の開口部が高屈折率層で充填されている第3の実施形態の焦点検出用画素の概略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a focus detection pixel according to a third embodiment in which an opening of a light shielding layer formed on a light receiving surface of an optical waveguide is filled with a high refractive index layer. 光導波路の受光面に形成された遮光層の開口部が高屈折率層で充填されている焦点検出用画素の数値解析例。An example of numerical analysis of a focus detection pixel in which an opening of a light shielding layer formed on a light receiving surface of an optical waveguide is filled with a high refractive index layer. 光導波路の受光面に形成された遮光層の開口部が高屈折率層で充填されている焦点検出用画素の瞳強度分布例。The pupil intensity distribution example of the pixel for a focus detection by which the opening part of the light shielding layer formed in the light-receiving surface of an optical waveguide is filled with the high refractive index layer.

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components exemplified in this embodiment should be changed as appropriate according to the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions. However, the present invention is not limited to these examples.

<第1の実施形態>
図1は本発明の第1の実施形態に係る焦点検出装置を有する撮像装置であるカメラの概略構成を示したものである。図1において、101は撮影光学系(結像光学系)の先端に配置された第1レンズ群で、光軸方向に進退可能に保持される。102は絞り兼用シャッタで、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行うほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。103は第2レンズ群である。そして絞り兼用シャッタ102及び第2レンズ群103は一体となって光軸方向に進退し、第1レンズ群101の進退動作との連動により、変倍機能(ズーム機能)を実現することができる。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a schematic configuration of a camera which is an image pickup apparatus having a focus detection apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a first lens group disposed at the tip of a photographing optical system (imaging optical system), which is held so as to be able to advance and retract in the optical axis direction. Reference numeral 102 denotes an aperture / shutter, which adjusts the light amount at the time of shooting by adjusting the aperture diameter, and also has a function as an exposure time adjustment shutter at the time of still image shooting. Reference numeral 103 denotes a second lens group. The diaphragm / shutter 102 and the second lens group 103 integrally move forward and backward in the optical axis direction, and a zooming function can be realized by interlocking with the forward and backward movement of the first lens group 101.

105は第3レンズ群で、光軸方向の進退により、焦点調節を行う。106は光学的ローパスフィルタで、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。107はCMOSセンサとその周辺回路で構成された撮像素子である。撮像素子107には、横方向m画素、縦方向n画素の受光画素上に、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された、2次元単板カラーセンサが用いられる。   Reference numeral 105 denotes a third lens group that performs focus adjustment by advancing and retreating in the optical axis direction. Reference numeral 106 denotes an optical low-pass filter, which is an optical element for reducing false colors and moire in a captured image. Reference numeral 107 denotes an image sensor composed of a CMOS sensor and its peripheral circuits. As the image sensor 107, a two-dimensional single-plate color sensor in which a Bayer array primary color mosaic filter is formed on-chip on light receiving pixels of horizontal m pixels and vertical n pixels is used.

111はズームアクチュエータで、不図示のカム筒を回動することで、第1レンズ群101ないし第3レンズ群103を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。112は絞りシャッタアクチュエータで、絞り兼用シャッタ102の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行う。114はフォーカスアクチュエータで、第3レンズ群105を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。   A zoom actuator 111 rotates a cam cylinder (not shown) to drive the first lens group 101 to the third lens group 103 back and forth in the optical axis direction and perform a zooming operation. Reference numeral 112 denotes an aperture shutter actuator that controls the aperture diameter of the aperture / shutter 102 to adjust the amount of photographing light, and controls the exposure time during still image photographing. Reference numeral 114 denotes a focus actuator that performs focus adjustment by driving the third lens group 105 back and forth in the optical axis direction.

115は撮影時の被写体照明用電子フラッシュで、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適だが、連続発光するLEDを備えた照明装置を用いても良い。116はAF補助光発光部で、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体あるいは低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。   Reference numeral 115 denotes an electronic flash for illuminating a subject at the time of photographing, and a flash illumination device using a xenon tube is suitable, but an illumination device including an LED that emits light continuously may be used. Reference numeral 116 denotes an AF auxiliary light emitting unit that projects an image of a mask having a predetermined aperture pattern onto a subject field via a light projection lens, and improves focus detection capability for a dark subject or a low-contrast subject.

121は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内CPUで、演算部、ROM、RAM、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。CPU121は、ROMに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、AF、撮影、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。   Reference numeral 121 denotes an in-camera CPU that controls various controls of the camera body, and includes a calculation unit, ROM, RAM, A / D converter, D / A converter, communication interface circuit, and the like. The CPU 121 drives various circuits included in the camera based on a predetermined program stored in the ROM, and executes a series of operations such as AF, photographing, image processing, and recording.

122は電子フラッシュ制御回路で、撮影動作に同期して電子フラッシュ115を点灯制御する。123は補助光駆動回路で、焦点検出動作に同期してAF補助光発光部116を点灯制御する。124は撮像素子駆動回路で、撮像素子107の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をA/D変換してCPU121に送信する。125は画像処理回路で、撮像素子107が取得した画像のγ変換、カラー補間、JPEG圧縮等の処理を行う。   An electronic flash control circuit 122 controls lighting of the electronic flash 115 in synchronization with the photographing operation. Reference numeral 123 denotes an auxiliary light driving circuit that controls the lighting of the AF auxiliary light emitting unit 116 in synchronization with the focus detection operation. An image sensor driving circuit 124 controls the image capturing operation of the image sensor 107 and A / D converts the acquired image signal and transmits the image signal to the CPU 121. An image processing circuit 125 performs processing such as γ conversion, color interpolation, and JPEG compression of an image acquired by the image sensor 107.

126はフォーカス駆動回路で、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ114を駆動制御し、第3レンズ群105を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。128は絞りシャッタ駆動回路で、絞りシャッタアクチュエータ112を駆動制御して絞り兼用シャッタ102の開口を制御する。129はズーム駆動回路で、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ111を駆動する。   A focus drive circuit 126 controls the focus actuator 114 based on the focus detection result, and adjusts the focus by driving the third lens group 105 back and forth in the optical axis direction. Reference numeral 128 denotes an aperture shutter drive circuit which controls the aperture shutter actuator 112 to control the aperture of the aperture / shutter 102. Reference numeral 129 denotes a zoom drive circuit that drives the zoom actuator 111 in accordance with the zoom operation of the photographer.

131はLCD等の表示器で、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。132は操作スイッチ群で、電源スイッチ、レリーズ(撮影トリガ)スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。133は着脱可能なフラッシュメモリで、撮影済み画像を記録する。   Reference numeral 131 denotes a display device such as an LCD, which displays information related to the shooting mode of the camera, a preview image before shooting and a confirmation image after shooting, a focus state display image at the time of focus detection, and the like. An operation switch group 132 includes a power switch, a release (shooting trigger) switch, a zoom operation switch, a shooting mode selection switch, and the like. Reference numeral 133 denotes a detachable flash memory that records a photographed image.

図2は、本発明の第1の実施形態における撮像素子の概略回路構成を示したものである。図2は多数の画素から成る2次元CMOSエリアセンサの内、2列×4行分の画素の範囲を示したものであるが、撮像素子107として利用する場合は、図2に示した画素を多数配置し、高解像度画像の取得を可能としている。本第1の実施形態においては、フォトダイオードに、回路が形成されている面とは反対側の面から光が入射する、即ち、光の入射方向について、フォトダイオードよりも下層に回路が形成されている裏面照射型の撮像素子として説明を行う。   FIG. 2 shows a schematic circuit configuration of the image sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a range of 2 columns × 4 rows of pixels in a two-dimensional CMOS area sensor composed of a large number of pixels. When the image sensor 107 is used, the pixels shown in FIG. A large number are arranged to enable acquisition of high-resolution images. In the first embodiment, light is incident on the photodiode from a surface opposite to the surface on which the circuit is formed. That is, a circuit is formed below the photodiode in the light incident direction. The backside-illuminated imaging device will be described.

図2において、1はMOSトランジスタゲートとゲート下の空乏層からなる光電変換素子の光電変換部、2はフォトゲート、3は転送スイッチMOSトランジスタ、4はリセット用MOSトランジスタ、5はソースフォロワアンプMOSトランジスタである。また、6は水平選択スイッチMOSトランジスタ、7はソースフォロワの負荷MOSトランジスタである。8は暗出力転送MOSトランジスタ、9は明出力転送MOSトランジスタ、10は暗出力蓄積容量CTN、11は明出力蓄積容量CTS、12は水平転送MOSトランジスタである。13は水平出力線リセットMOSトランジスタ、14は差動出力アンプ、15は水平走査回路、16は垂直走査回路である。 In FIG. 2, 1 is a photoelectric conversion portion of a photoelectric conversion element comprising a MOS transistor gate and a depletion layer under the gate, 2 is a photogate, 3 is a transfer switch MOS transistor, 4 is a reset MOS transistor, and 5 is a source follower amplifier MOS. It is a transistor. Reference numeral 6 denotes a horizontal selection switch MOS transistor, and reference numeral 7 denotes a load MOS transistor of a source follower. 8 is a dark output transfer MOS transistor, 9 is a light output transfer MOS transistor, 10 is a dark output storage capacitor C TN , 11 is a light output storage capacitor C TS , and 12 is a horizontal transfer MOS transistor. 13 is a horizontal output line reset MOS transistor, 14 is a differential output amplifier, 15 is a horizontal scanning circuit, and 16 is a vertical scanning circuit.

図3と図4は、それぞれ撮像用画素と焦点検出用画素の構造を説明する図である。本第1の実施形態においては、2行×2列の4画素のうち、対角2画素にG(緑色)の分光感度を有する画素を配置し、他の2画素にR(赤色)とB(青色)の分光感度を有する画素を各1個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そして、ベイヤー配列の間に、図4に示す後述する構造の複数の焦点検出用画素が所定の規則にて分散配置される。   3 and 4 are diagrams illustrating the structures of the imaging pixel and the focus detection pixel, respectively. In the first embodiment, out of 4 pixels of 2 rows × 2 columns, pixels having G (green) spectral sensitivity are arranged in the diagonal 2 pixels, and R (red) and B are arranged in the other 2 pixels. A Bayer arrangement in which one pixel each having (blue) spectral sensitivity is arranged is employed. Then, a plurality of focus detection pixels having the structure described later shown in FIG. 4 are distributed and arranged in a predetermined rule between the Bayer arrays.

図3(a)は撮像素子107の中央付近に位置する2行×2列の撮像用画素の平面図である。ベイヤー配列では対角方向にG画素が、他の2画素にRとBの画素が配置され、2行×2列の構造が繰り返し配置される。図3(b)は、図3(a)の断面A−Aを示した図である。MLは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、CFRはR(赤)のカラーフィルタ、CFGはG(緑)のカラーフィルタを示している。PDは図2で説明したCMOSセンサの光電変換部1を模式的に示したものであり、CLはCMOSセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。TLは撮影光学系を模式的に示したものである。   FIG. 3A is a plan view of 2 × 2 imaging pixels located near the center of the image sensor 107. In the Bayer array, G pixels are arranged diagonally, R and B pixels are arranged in the other two pixels, and a structure of 2 rows × 2 columns is repeatedly arranged. FIG. 3B is a view showing a cross section AA of FIG. ML is an on-chip microlens disposed on the forefront of each pixel, CFR is an R (red) color filter, and CFG is a G (green) color filter. PD schematically shows the photoelectric conversion unit 1 of the CMOS sensor described in FIG. 2, and CL is a wiring layer for forming signal lines for transmitting various signals in the CMOS sensor. TL schematically shows the photographing optical system.

ここで、撮像用画素のマイクロレンズMLと光電変換部PDは、撮影光学系TLを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。撮影光学系TLの射出瞳EPと光電変換部PDは、マイクロレンズMLにより共役関係にあり、かつ光電変換部PDの有効面積は大面積に設計される。また、図3(b)ではR画素の入射光束について説明したが、G画素及びB(青)画素も同一の構造となっている。従って、撮像用のRGB各画素に対応した射出瞳EPは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込んで画像信号のS/Nを向上させている。   Here, the microlens ML and the photoelectric conversion unit PD of the imaging pixel are configured to capture the light beam that has passed through the photographing optical system TL as effectively as possible. The exit pupil EP of the photographic optical system TL and the photoelectric conversion unit PD are in a conjugate relationship by the microlens ML, and the effective area of the photoelectric conversion unit PD is designed to be large. 3B, the incident light flux of the R pixel has been described, but the G pixel and the B (blue) pixel have the same structure. Accordingly, the exit pupil EP corresponding to each of the RGB pixels for imaging has a large diameter, and the S / N of the image signal is improved by efficiently capturing the light flux from the subject.

図4(a)は、撮像素子107の中央付近に位置する、撮影レンズの図中x方向に瞳分割を行うための焦点検出用画素を含む2行×2列の画素の平面図である。撮像信号を得る場合、G画素は輝度情報の主成分をなす。人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、G画素が欠損すると画質劣化が認められやすい。一方で、RもしくはB画素は、色情報を取得する画素であるが、人間は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化に気づきにくい。そこで本第1の実施形態においては、2行×2列の画素のうち、G画素は撮像用画素として残し、RとBに相当する位置の一部の画素に、ある割合で焦点検出用画素を配列している。これを図4(a)においてSHA及びSHBで示す。 FIG. 4A is a plan view of pixels of 2 rows × 2 columns including focus detection pixels for pupil division in the x direction in the drawing of the photographing lens located near the center of the image sensor 107. When obtaining an imaging signal, the G pixel is a main component of luminance information. Since human image recognition characteristics are sensitive to luminance information, image quality degradation is likely to be noticed when G pixels are missing. On the other hand, the R or B pixel is a pixel that acquires color information. However, since humans are insensitive to color information, pixels that acquire color information are less likely to notice image quality deterioration even if there are some defects. Therefore, in the first embodiment, among the pixels of 2 rows × 2 columns, the G pixel is left as an imaging pixel, and the focus detection pixel is in a certain ratio to a part of the pixels at positions corresponding to R and B. Is arranged. This is indicated by S HA and S HB in FIG.

図4(b)は、図4(a)の断面B−Bを示した図である。マイクロレンズMLと、光電変換部PDは図3(b)に示した撮像用画素と同一構造である。本第1の実施形態においては、焦点検出用画素の信号は撮像画像生成には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜CF(無色)が配置される。また、撮像素子107で瞳分割を行うため、配線層CLの開口部はマイクロレンズMLの中心線に対してx方向に偏心している。具体的には、画素SHAの開口部OPHAは−x方向に偏心しているため、撮影光学系TLの左側の射出瞳EPHAを通過した光束を受光する。同様に、画素SHBの開口部OPHBは+x方向に偏心しているため、撮影光学系TLの右側の射出瞳EPHBを通過した光束を受光する。ここで、画素SHAをx方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をA像とする。同様に、画素SHBもx方向規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をB像とする。これらA像とB像の相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量(デフォーカス量)が検出できる。 FIG. 4B is a view showing a cross section BB of FIG. The microlens ML and the photoelectric conversion unit PD have the same structure as the imaging pixel shown in FIG. In the first embodiment, since the signal of the focus detection pixel is not used for generating a captured image, a transparent film CF W (colorless) is disposed instead of the color filter for color separation. Further, since pupil division is performed by the image sensor 107, the opening of the wiring layer CL is decentered in the x direction with respect to the center line of the microlens ML. Specifically, since the opening OP HA of the pixel S HA is decentered in the −x direction, the light beam that has passed through the left exit pupil EP HA of the imaging optical system TL is received. Similarly, since the opening OP HB of the pixel S HB is decentered in the + x direction, the light beam that has passed through the right exit pupil EP HB of the photographing optical system TL is received. Here, the pixels SHA are regularly arranged in the x direction, and the subject image acquired by these pixel groups is defined as an A image. Similarly, the pixels SHB are also regularly arranged in the x direction, and a subject image acquired by these pixel groups is defined as a B image. By detecting the relative positions of these A and B images, the amount of defocus (defocus amount) of the subject image can be detected.

なお、画素SHA及びSHBでは、撮影画面のx方向に輝度分布を有した被写体、例えばy方向の線に対しては焦点検出可能である。必要に応じて、撮影画面のy方向に輝度分布を有した被写体、例えばx方向の線に対しても焦点検出できるように、撮影レンズのy方向にも瞳分割を行う画素を備えても良い。 Note that, in the pixels S HA and S HB , focus detection is possible for an object having a luminance distribution in the x direction on the photographing screen, for example, a line in the y direction. If necessary, a pixel that performs pupil division in the y direction of the photographic lens may be provided so that focus detection can be performed on a subject having a luminance distribution in the y direction of the photographic screen, for example, a line in the x direction. .

●焦点検出用画素の構造
次に、本第1の実施形態におけるA像用の焦点検出用画素の構造を図5(a)に、B像用の焦点検出用画素の構造を図5(b)に示す。PD−A、PD−Bは光電変換部、MLはマイクロレンズである。光電変換部PD−A及びPD−BとマイクロレンズMLとの間には、少なくともマイクロレンズMLの屈折率以下の屈折率を有する低屈折率層LLが形成されている。必要に応じて、カラーフィルター(CF)層を配置しても良い。マイクロレンズMLや低屈折率層LLはポリマーやシリカSiOなどからなり、可視域での屈折率は1.4から1.8程度である。光電変換部PD−A及びPD−BとマイクロレンズMLとの間に、瞳分割のために開口部が形成された遮光層SL−AとSL−Bが配置されている。これら遮光層SL−AとSL−Bの開口部は、マイクロレンズMLの光軸からそれぞれ互いに反対方向に偏心して構成されている。遮光層は、チタンTiやアルミAlなどと窒化チタンTiNなどの多層干渉膜や、可視域での吸収係数が大きい材料で構成される。
Structure of Focus Detection Pixel Next, FIG. 5A shows the structure of the focus detection pixel for the A image in the first embodiment, and FIG. 5B shows the structure of the focus detection pixel for the B image. ). PD-A and PD-B are photoelectric conversion units, and ML is a microlens. A low refractive index layer LL having a refractive index equal to or lower than the refractive index of the microlens ML is formed between the photoelectric conversion units PD-A and PD-B and the microlens ML. A color filter (CF) layer may be disposed as necessary. The microlens ML and the low refractive index layer LL are made of a polymer, silica SiO 2 or the like, and the refractive index in the visible range is about 1.4 to 1.8. Between the photoelectric conversion units PD-A and PD-B and the microlens ML, light shielding layers SL-A and SL-B having openings formed for pupil division are arranged. The openings of the light shielding layers SL-A and SL-B are configured to be eccentric from the optical axis of the microlens ML in opposite directions. The light shielding layer is made of a multilayer interference film such as titanium Ti or aluminum Al and titanium nitride TiN, or a material having a large absorption coefficient in the visible region.

また、本第1の実施形態では、開口部を持つ遮光層SL−A及びSL−Bと、マイクロレンズMLとの間に、低屈折率層LLの屈折率より大きい屈折率である層内レンズML2が形成される。さらに、層内レンズML2から遮光層SL−A及びSL−Bの開口部まで、遮光層SL−A及びSL−Bの開口部のマイクロレンズML側が、少なくとも低屈折率層LLの屈折率より大きい屈折率を有する高屈折率層HLで充填されている。さらに、マイクロレンズMLと層内レンズML2からなる光学系が、入射光を光電変換部PD−A及びPD−Bの受光面付近に焦点を結ぶように構成されている。層内レンズML2や高屈折率層HLは、窒化シリコンSiN、窒化酸化シリコンSiN、酸化チタンTiO、酸化ニオブ、ITO、IZOなどで構成される。これらの可視域での屈折率は1.8〜2.5程度であり、低屈折率層LLの屈折率より高い。 Further, in the first embodiment, an intralayer lens having a refractive index larger than the refractive index of the low refractive index layer LL between the light shielding layers SL-A and SL-B having openings and the microlens ML. ML2 is formed. Furthermore, from the inner lens ML2 to the openings of the light shielding layers SL-A and SL-B, the microlens ML side of the openings of the light shielding layers SL-A and SL-B is at least larger than the refractive index of the low refractive index layer LL. It is filled with a high refractive index layer HL having a refractive index. Furthermore, an optical system including the microlens ML and the in-layer lens ML2 is configured to focus incident light near the light receiving surfaces of the photoelectric conversion units PD-A and PD-B. The intralayer lens ML2 and the high refractive index layer HL are made of silicon nitride SiN x , silicon nitride oxide SiN x O y , titanium oxide TiO 2 , niobium oxide, ITO, IZO, or the like. The refractive index in the visible range is about 1.8 to 2.5, which is higher than the refractive index of the low refractive index layer LL.

このような構成により、集光スポットの回折限界を小さくすることが可能となり、撮像素子の画素サイズが微細化され、マイクロレンズと光電変換部との距離が短縮されても、焦点検出用画素の瞳分割性能を良好に維持することができる。   Such a configuration makes it possible to reduce the diffraction limit of the focused spot, reduce the pixel size of the image sensor, and reduce the distance between the microlens and the photoelectric conversion unit. Good pupil division performance can be maintained.

以下、本発明の効果について説明する。図6は、従来例における、層内レンズML2と遮光層SLの開口部の間が低屈折率層LLで充填された画素を示す。一方、図7は、層内レンズML2と遮光層SLの開口部の間が高屈折率層HLで充填された本発明の第1の実施形態における画素を示す。なお、図6及び図7において、(a)はマイクロレンズの光軸に平行な角度で、入射光L1及びL2が焦点検出用画素に入射する状態を示し、(b)はマイクロレンズの光軸に対して斜めの角度で、入射光L1及びL2が焦点検出用画素に入射する状態を示している。   The effects of the present invention will be described below. FIG. 6 shows a pixel in which the space between the openings of the inner lens ML2 and the light shielding layer SL is filled with the low refractive index layer LL in the conventional example. On the other hand, FIG. 7 shows a pixel according to the first embodiment of the present invention in which the space between the opening of the inner lens ML2 and the light shielding layer SL is filled with the high refractive index layer HL. 6 and 7, (a) shows the state in which the incident lights L1 and L2 are incident on the focus detection pixels at an angle parallel to the optical axis of the microlens, and (b) shows the optical axis of the microlens. 2 shows a state in which incident light L1 and L2 are incident on the focus detection pixels at an oblique angle.

図6、図7において、PDは光電変換部、MLはマイクロレンズ、ML2は層内レンズ、LLは低屈折率層、HLは高屈折率層、SLは開口部を持つ遮光層である。Pは画素周期(画素の幅)、Dは層間膜厚(マイクロレンズMLから光電変換部PDもしくは遮光層SLまでの距離)、Wはスリット幅(遮光層の開口部の幅)である。また、ΔはマイクロレンズMLと層内レンズML2による結像系の回折限界である。この例では、入射光の波長540nm、マイクロレンズMLの屈折率を1.6、低屈折率層LLの屈折率を1.45、層内レンズML2と高屈折率層HLの屈折率を2.3としている。   6 and 7, PD is a photoelectric conversion unit, ML is a microlens, ML2 is an in-layer lens, LL is a low refractive index layer, HL is a high refractive index layer, and SL is a light shielding layer having an opening. P is the pixel period (pixel width), D is the interlayer film thickness (distance from the microlens ML to the photoelectric conversion part PD or the light shielding layer SL), and W is the slit width (width of the opening of the light shielding layer). Δ is the diffraction limit of the imaging system formed by the microlens ML and the in-layer lens ML2. In this example, the wavelength of incident light is 540 nm, the refractive index of the microlens ML is 1.6, the refractive index of the low refractive index layer LL is 1.45, and the refractive indexes of the inner lens ML2 and the high refractive index layer HL are 2. Three.

入射光は、マイクロレンズMLと層内レンズML2により結像位置に集光される。しかし、光の波動性により集光スポットの直径は回折限界Δより小さくすることはできない。回折限界Δは、入射光の波長をλ、結像位置の屈折率をn、マイクロレンズと層内レンズを合成した光学系の見込み角の半分の角度をθとすると、おおよそ、式(1)で見積もることができる。   Incident light is condensed at the imaging position by the microlens ML and the in-layer lens ML2. However, due to the wave nature of light, the diameter of the focused spot cannot be made smaller than the diffraction limit Δ. The diffraction limit Δ is approximately expressed by Equation (1), where λ is the wavelength of incident light, n is the refractive index of the imaging position, and θ is half the expected angle of the optical system that combines the microlens and the in-layer lens. Can be estimated.

通常の撮像素子では、光電変換部の受光面とマイクロレンズとの間に配線層が配置されるため、画素周期Pよりも層間膜厚Dの方が長い。画素周期Pを2.0μm、層間膜厚Dを4.0μmとすると、見込み角の半分の角度θは14°程度となる。入射光の波長λを0.54nm、シリカSiOからなる透明層TRの屈折率を1.46とすると、回折限界Δは1.9μm程度となる。したがって、集光スポット径の限界である回折限界と画素周期が同程度となってしまい、瞳分割を行うことが不可能となる。 In a normal imaging device, since the wiring layer is disposed between the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and the microlens, the interlayer film thickness D is longer than the pixel period P. When the pixel period P is 2.0 μm and the interlayer film thickness D is 4.0 μm, the angle θ which is half of the expected angle is about 14 °. When the wavelength λ of incident light is 0.54 nm and the refractive index of the transparent layer TR made of silica SiO 2 is 1.46, the diffraction limit Δ is about 1.9 μm. Therefore, the diffraction limit, which is the limit of the focused spot diameter, is approximately the same as the pixel period, and pupil division is impossible.

回折限界をより小さくするためには、画素周期Pに対して層間膜厚Dを短くして、見込み角2θをより大きくする必要がある。裏面照射型の撮像素子であれば、画素周期Pに対して層間膜厚Dを短くすることができる。   In order to make the diffraction limit smaller, it is necessary to shorten the interlayer film thickness D with respect to the pixel period P and increase the prospective angle 2θ. In the case of a back-illuminated image sensor, the interlayer film thickness D can be shortened with respect to the pixel period P.

しかしながら、図6に示す従来の画素では、遮光層SLの開口部と層内レンズML2との間を低屈折率層LLで充填しているため、画素周期Pに対して層間膜厚Dは短くなるが、回折限界Δに関して、以下の限界があった。すなわち、見込み角2θを大きくするためにマイクロレンズMLと層内レンズML2の集光パワーを大きくしても、層内レンズML2の底面と低屈折率層LLの間で全反射が起こるため、見込み角2θを一定値以上に大きくすることができない。さらに、実線で示した入射光L1は遮光層SLの開口部に到達するが、破線で示した入射光L2は遮光層SLの開口部に到達できないため、実質的なマイクロレンズMLの開口率が減少し、受光効率も低下してしまう。特に、図6(b)に示すように、マイクロレンズの光軸に対して斜めに光が入射する場合に受光効率の低下が大きい。   However, in the conventional pixel shown in FIG. 6, since the space between the opening of the light shielding layer SL and the inner lens ML2 is filled with the low refractive index layer LL, the interlayer film thickness D is shorter than the pixel period P. However, the diffraction limit Δ has the following limitations. That is, even if the condensing power of the microlens ML and the inner lens ML2 is increased to increase the expected angle 2θ, total reflection occurs between the bottom surface of the inner lens ML2 and the low refractive index layer LL. The angle 2θ cannot be increased beyond a certain value. Further, the incident light L1 indicated by the solid line reaches the opening of the light shielding layer SL, but the incident light L2 indicated by the broken line cannot reach the opening of the light shielding layer SL, so that the substantial aperture ratio of the microlens ML is increased. The light receiving efficiency is also reduced. In particular, as shown in FIG. 6B, when the light is incident obliquely with respect to the optical axis of the microlens, the light receiving efficiency is greatly reduced.

一方、図7で示した本願発明では、遮光層SLの開口部と層内レンズML2との間を高屈折率層HLで充填しているため、図6で説明したような全反射が生じることがなく、回折限界Δを小さくすることができる。式(1)から分かるように、屈折率nを大きくしているために、回折限界Δを従来例よりも小さくすることが可能となる。また、実質的なマイクロレンズMLの開口率が減少することもない。画素周期Pを2.0μm、層間膜厚Dを1.0μm、高屈折率層の屈折率を2.3とすると、回折限界Δは370nm程度となり、より小さい画素周期でも瞳分割を行うことができる。   On the other hand, in the present invention shown in FIG. 7, since the space between the opening of the light shielding layer SL and the inner lens ML2 is filled with the high refractive index layer HL, total reflection as described in FIG. 6 occurs. And the diffraction limit Δ can be reduced. As can be seen from Equation (1), since the refractive index n is increased, the diffraction limit Δ can be made smaller than that of the conventional example. Further, the substantial aperture ratio of the microlens ML does not decrease. When the pixel period P is 2.0 μm, the interlayer film thickness D is 1.0 μm, and the refractive index of the high refractive index layer is 2.3, the diffraction limit Δ is about 370 nm, and pupil division can be performed even with a smaller pixel period. it can.

したがって、以上のような構成により、撮像素子の画素サイズが微細化され、マイクロレンズと光電変換部との距離が短縮されても、焦点検出用画素の瞳分割性能を良好に維持することができる。   Therefore, with the configuration described above, even when the pixel size of the image sensor is miniaturized and the distance between the microlens and the photoelectric conversion unit is shortened, the pupil division performance of the focus detection pixel can be maintained well. .

なお、本実施形態では、開口部を有する遮光層により瞳分割を行う撮像素子で説明を行ったが、図8に示すように、分割された光電変換部の受光面を、高屈折率層で充填した撮像素子でも良い。   In the present embodiment, the description has been made on the image pickup element that performs pupil division by the light shielding layer having the opening. However, as illustrated in FIG. 8, the light receiving surface of the divided photoelectric conversion unit is formed by the high refractive index layer. A filled image sensor may be used.

<第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態における焦点検出用画素の構造を図8に示す。PD−A及びPD−Bは光電変換部、MLはマイクロレンズである。光電変換部PD−A及びPD−BとマイクロレンズMLとの間は、マイクロレンズMLの屈折率以下の屈折率を有する低屈折率層LLが形成されている。必要に応じて、カラーフィルター(CF)層を配置しても良い。1つのマイクロレンズMLに対して、瞳分割のために、光電変換部はPD−AとPD−Bの複数(2つ以上)に分割されて構成されており、光電変換部PD−AとPD−Bはマイクロレンズの光軸からそれぞれ反対方向に偏心して配置されている。
<Second Embodiment>
The structure of the focus detection pixel in the second embodiment of the present invention is shown in FIG. PD-A and PD-B are photoelectric conversion units, and ML is a microlens. A low refractive index layer LL having a refractive index equal to or lower than the refractive index of the microlens ML is formed between the photoelectric conversion units PD-A and PD-B and the microlens ML. A color filter (CF) layer may be disposed as necessary. For one pupil lens ML, the photoelectric conversion unit is divided into a plurality (two or more) of PD-A and PD-B for pupil division. The photoelectric conversion units PD-A and PD -B is decentered in the opposite direction from the optical axis of the microlens.

また、本第2の実施形態では、分割された光電変換部PD−AとPD−Bの受光面とマイクロレンズMLの間に低屈折率層LLの屈折率より大きい屈折率を有する層内レンズML2が形成される。さらに、層内レンズML2から分割された光電変換部PD−AとPD−Bの受光面まで、光電変換部PD−AとPD−Bの受光面のマイクロレンズML側が、低屈折率層LLの屈折率より大きい屈折率を有する高屈折率層HLで充填されている。さらに、マイクロレンズMLと層内レンズML2を合成した光学系は、入射光を光電変換部PD−AとPD−Bの受光面付近に焦点を結ぶように構成されている。   In the second embodiment, the inner lens having a refractive index larger than the refractive index of the low refractive index layer LL between the divided light receiving surfaces of the photoelectric conversion units PD-A and PD-B and the microlens ML. ML2 is formed. Further, the microlens ML side of the light receiving surfaces of the photoelectric conversion units PD-A and PD-B extends from the inner lens ML2 to the light receiving surfaces of the photoelectric conversion units PD-A and PD-B divided by the low refractive index layer LL. It is filled with a high refractive index layer HL having a refractive index greater than the refractive index. Furthermore, the optical system that combines the microlens ML and the in-layer lens ML2 is configured to focus incident light near the light receiving surfaces of the photoelectric conversion units PD-A and PD-B.

光電変換部PD−Aで取得した被写体像をA像とし、光電変換部PD−Bで取得した被写体像をB像とすると、A像とB像の相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量(デフォーカス量)が検出できる。また、光電変換部PD−Aで取得した被写体像と光電変換部PD−Bで取得した被写体像を加算し、撮像画像とする。   Assuming that the subject image acquired by the photoelectric conversion unit PD-A is an A image and the subject image acquired by the photoelectric conversion unit PD-B is a B image, by detecting the relative position of the A image and the B image, The amount of focus deviation (defocus amount) can be detected. Further, the subject image acquired by the photoelectric conversion unit PD-A and the subject image acquired by the photoelectric conversion unit PD-B are added to obtain a captured image.

したがって、以上のような構成により、撮像素子の画素サイズが微細化され、マイクロレンズと光電変換部との距離が短縮されても、焦点検出用画素の瞳分割性能を良好に維持することができる。   Therefore, with the configuration described above, even when the pixel size of the image sensor is miniaturized and the distance between the microlens and the photoelectric conversion unit is shortened, the pupil division performance of the focus detection pixel can be maintained well. .

<第3の実施形態>
本発明の第3の実施形態におけるA像用の焦点検出用画素の構造を図9(a)に、B像用の焦点検出用画素の構造を図9(b)に示す。PD−A及びPD−Bは光電変換部、MLはマイクロレンズである。光電変換部PD−A及びPD−BとマイクロレンズMLとの間には、少なくともマイクロレンズMLの屈折率以下の屈折率を有する低屈折率層LLが形成されている。低屈折率層LLには、低屈折率層LLの屈折率より大きい屈折率を有する光導波路LGが形成されている。必要に応じて、カラーフィルター(CF)層を配置しても良い。光導波路LGとマイクロレンズMLとの間に、瞳分割のために開口部を有した遮光層SL−A及びSL−Bが配置されている。これら遮光層SL−AとSL−Bの開口部は、マイクロレンズMLの光軸からそれぞれ互いに反対方向に偏心して構成されている。ここで、撮像画素(不図示)では、遮光層の開口部は焦点検出用画素よりも広く形成される。
<Third Embodiment>
FIG. 9A shows the structure of the focus detection pixel for the A image according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 9B shows the structure of the focus detection pixel for the B image. PD-A and PD-B are photoelectric conversion units, and ML is a microlens. A low refractive index layer LL having a refractive index equal to or lower than the refractive index of the microlens ML is formed between the photoelectric conversion units PD-A and PD-B and the microlens ML. In the low refractive index layer LL, an optical waveguide LG having a refractive index larger than that of the low refractive index layer LL is formed. A color filter (CF) layer may be disposed as necessary. Light shielding layers SL-A and SL-B having openings for pupil division are arranged between the optical waveguide LG and the microlens ML. The openings of the light shielding layers SL-A and SL-B are configured to be eccentric from the optical axis of the microlens ML in opposite directions. Here, in the imaging pixel (not shown), the opening of the light shielding layer is formed wider than the focus detection pixel.

また、本第3の実施形態では、開口部を有する遮光層SL−A及びSL−BとマイクロレンズMLの間に低屈折率層LLの屈折率より大きい屈折率を有する層内レンズML2が形成される。さらに、層内レンズML2から遮光層SL−A及びSL−Bの開口部まで、遮光層SL−A及びSL−Bの開口部のマイクロレンズML側が、少なくとも低屈折率層LLの屈折率より大きい高屈折率層HLで充填されている。さらに、マイクロレンズMLと層内レンズML2を合成した光学系が、入射光を光導波路LGの受光面付近に焦点を結ぶように構成されている。   In the third embodiment, the inner lens ML2 having a refractive index larger than the refractive index of the low refractive index layer LL is formed between the light shielding layers SL-A and SL-B having the openings and the microlens ML. Is done. Furthermore, from the inner lens ML2 to the openings of the light shielding layers SL-A and SL-B, the microlens ML side of the openings of the light shielding layers SL-A and SL-B is at least larger than the refractive index of the low refractive index layer LL. The high refractive index layer HL is filled. Furthermore, an optical system that combines the microlens ML and the in-layer lens ML2 is configured to focus incident light near the light receiving surface of the optical waveguide LG.

マイクロレンズMLや低屈折率層LLはポリマーやシリカSiOなどからなり、可視域での屈折率は1.4から1.8程度である。光導波路LGや層内レンズML2、高屈折率層HLは、窒化シリコンSiN、窒化酸化シリコンSiN、酸化チタンTiO、酸化ニオブ、ITO、IZOなどで構成される。これらの可視域での屈折率は1.8〜2.5程度であり、低屈折率層LLの屈折率より高い。 The microlens ML and the low refractive index layer LL are made of a polymer, silica SiO 2 or the like, and the refractive index in the visible range is about 1.4 to 1.8. The optical waveguide LG, the intralayer lens ML2, and the high refractive index layer HL are made of silicon nitride SiN x , silicon nitride oxide SiN x O y , titanium oxide TiO 2 , niobium oxide, ITO, IZO, or the like. The refractive index in the visible range is about 1.8 to 2.5, which is higher than the refractive index of the low refractive index layer LL.

本第3の実施形態におけるA像用の焦点検出用画素(画素周期1.65μm)に、マイクロレンズML上部から光が入射した場合の電磁波解析による数値計算例を図10に示す。光の強度が強いところほど、明るく示されている。図10(a)は、焦点検出用画素に−10°で光が入射した場合を示しており、遮光層により大部分の光が遮られている。一方、図10(b)は焦点検出用画素に0°で、図10(c)は焦点検出用画素に10°で、それぞれ、光が入射した場合を示しており、光導波路を通じて大部分の光が光電変換部まで到達している。   FIG. 10 shows a numerical calculation example based on electromagnetic wave analysis when light is incident on the focus detection pixel (pixel period: 1.65 μm) for the A image in the third embodiment from above the microlens ML. The stronger the light intensity, the brighter it is shown. FIG. 10A shows a case where light is incident on the focus detection pixel at −10 °, and most of the light is blocked by the light blocking layer. On the other hand, FIG. 10B shows a case where light is incident on the focus detection pixel at 0 °, and FIG. 10C is 10 ° on the focus detection pixel. Light reaches the photoelectric conversion unit.

図11に、第3の実施形態における撮像画素の瞳強度分布例を実線で、A像用の焦点検出用画素の瞳強度分布例を破線で示す。横軸は画素に入射する光の入射角度、縦軸は受光強度である。第3の実施形態の構成により、良好な瞳分割特性が得られることがわかる。   FIG. 11 shows an example of the pupil intensity distribution of the imaging pixels in the third embodiment by a solid line and an example of the pupil intensity distribution of the focus detection pixels for the A image by a broken line. The horizontal axis represents the incident angle of light incident on the pixel, and the vertical axis represents the received light intensity. It can be seen that a favorable pupil division characteristic can be obtained by the configuration of the third embodiment.

したがって、このような構成により、集光スポットの回折限界を小さくすることが可能となり、撮像素子の画素サイズが微細化されても、焦点検出用画素の瞳分割性能を良好に維持することができる。   Therefore, with such a configuration, it becomes possible to reduce the diffraction limit of the focused spot, and even if the pixel size of the image sensor is miniaturized, the pupil division performance of the focus detection pixels can be maintained well. .

1:光電変換部、107:撮像素子、ML:マイクロレンズ、ML2:層内レンズ、PD−A,PD−B:光電変換部、HL:高屈折率層、LL低屈折率層、SL−A,SL−B:遮光層、CL:配線層、CFR,CFG:カラーフィルタ、CF:透明膜 1: Photoelectric conversion unit, 107: Image sensor, ML: Micro lens, ML2: In-layer lens, PD-A, PD-B: Photoelectric conversion unit, HL: High refractive index layer, LL low refractive index layer, SL-A , SL-B: light shielding layer, CL: wiring layer, CFR, CFG: color filter, CF W : transparent film

Claims (7)

複数の画素を有し、前記複数の画素の内の少なくとも一部の画素が、それぞれ、
マイクロレンズと、
瞳分割方式のデフォーカス検出に用いられる信号を出力する、少なくとも1つ以上の光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズとの間に形成された層内レンズと、
前記層内レンズと前記光電変換部との間に配置され、前記マイクロレンズの光軸から偏心した開口を有し、前記光電変換部の受光面の少なくとも一部を遮光する遮光層と、
前記層内レンズと、前記遮光層および前記開口部分の前記光電変換部の受光面との間に充填された高屈折率層と、
前記マイクロレンズと前記遮光層との間であって、前記高屈折率層の周囲充填するように構成され、前記高屈折率層の屈折率以下の屈折率を有する低屈折率層とを有し、
前記高屈折率層は、前記マイクロレンズと前記層内レンズにより前記受光面に入射光を集光させる屈折率を有することを特徴とする撮像素子。
A plurality of pixels, and at least some of the plurality of pixels are respectively
A microlens,
At least one photoelectric conversion unit that outputs a signal used for pupil-division defocus detection;
An in-layer lens formed between the photoelectric conversion unit and the microlens;
A light-shielding layer that is disposed between the intra-layer lens and the photoelectric conversion unit, has an opening decentered from the optical axis of the microlens, and shields at least part of the light-receiving surface of the photoelectric conversion unit;
Said layer lens, a high refractive index layer which is Filling between the shielding layer and the light-receiving surface of the photoelectric conversion portion of the opening portion,
A between the light-shielding layer and the microlens being arranged to fill the periphery of the high refractive index layer, it has a low refractive index layer having a refractive index less than a refractive index of the high refractive index layer And
The imaging device, wherein the high refractive index layer has a refractive index for condensing incident light on the light receiving surface by the microlens and the in-layer lens .
前記マイクロレンズの底面と前記光電変換部の受光面との距離が、前記画素の周期よりも短いことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 1, wherein a distance between a bottom surface of the microlens and a light receiving surface of the photoelectric conversion unit is shorter than a period of the pixels. 前記光電変換部の前記マイクロレンズと反対側に配線層を有することを特徴とする請求項1または2に記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 1, further comprising a wiring layer on a side opposite to the microlens of the photoelectric conversion unit. 焦点検出に用いられる信号を出力する前記光電変換部を有する前記一部の画素は、前記複数の画素間に分散配置されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の撮像素子。 The said some pixel which has the said photoelectric conversion part which outputs the signal used for a focus detection is distributedly arrange | positioned among these pixels, The one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Image sensor. 前記複数の画素はベイヤー配列のカラーフィルタを備え、
焦点検出に用いられる信号を出力する前記光電変換部を有する前記一部の画素は、前記カラーフィルタに代えて透明膜を備えることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の撮像素子。
The plurality of pixels include a Bayer color filter.
The said some pixel which has the said photoelectric conversion part which outputs the signal used for a focus detection replaces with the said color filter, The transparent film is provided in any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. Image sensor.
複数の画素を有し、前記複数の画素の内の少なくとも一部の画素が、それぞれ、
マイクロレンズと、
瞳分割方式のデフォーカス検出に用いられる信号を出力する、少なくとも1つ以上の光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズとの間に形成され、前記光電変換部側に底面を有する層内レンズと、
前記層内レンズと前記光電変換部との間に配置され、前記マイクロレンズの光軸から偏心した開口を有し、前記光電変換部の受光面の少なくとも一部を遮光する遮光層と、
前記層内レンズと、前記遮光層および前記開口部分の前記光電変換部の受光面との間に充填され、前記層内レンズの底面による全反射を低減するための反射低減層と
前記マイクロレンズと前記遮光層との間であって、前記反射低減層の周囲を充填するように構成され、前記反射低減層の屈折率以下の屈折率を有する低屈折率層とを備え、
前記反射低減層は前記層内レンズの底面に接して形成されることを特徴とする撮像素子。
A plurality of pixels, and at least some of the plurality of pixels are respectively
A microlens,
At least one photoelectric conversion unit that outputs a signal used for pupil-division defocus detection;
An in-layer lens formed between the photoelectric conversion unit and the microlens and having a bottom surface on the photoelectric conversion unit side;
A light-shielding layer that is disposed between the intra-layer lens and the photoelectric conversion unit, has an opening decentered from the optical axis of the microlens, and shields at least part of the light-receiving surface of the photoelectric conversion unit;
Said layer lens, and the light shielding layer and the filled between the photoelectric conversion portion of the light receiving surface, reflection reducing layer for reducing the total reflection by the bottom surface of the layer lens of the opening portion,
A low refractive index layer between the microlens and the light shielding layer and configured to fill the periphery of the reflection reducing layer, and having a refractive index equal to or lower than the refractive index of the reflection reducing layer ;
The imaging element, wherein the reflection reducing layer is formed in contact with a bottom surface of the in-layer lens.
請求項1乃至のいずれか1項に記載の撮像素子を備えたことを特徴とする撮像装置。 Imaging apparatus characterized by including an imaging device according to any one of claims 1 to 6.
JP2016119129A 2016-06-15 2016-06-15 Imaging device and imaging apparatus Active JP6393293B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016119129A JP6393293B2 (en) 2016-06-15 2016-06-15 Imaging device and imaging apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016119129A JP6393293B2 (en) 2016-06-15 2016-06-15 Imaging device and imaging apparatus

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011010218A Division JP5956718B2 (en) 2011-01-20 2011-01-20 Imaging device and imaging apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016178341A JP2016178341A (en) 2016-10-06
JP6393293B2 true JP6393293B2 (en) 2018-09-19

Family

ID=57069331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016119129A Active JP6393293B2 (en) 2016-06-15 2016-06-15 Imaging device and imaging apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6393293B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019041267A1 (en) * 2017-08-31 2019-03-07 SZ DJI Technology Co., Ltd. Systems and methods for an apd array solid-state laser radar
EP3652555B1 (en) 2017-08-31 2024-03-06 SZ DJI Technology Co., Ltd. A solid state light detection and ranging (lidar) system system and method for improving solid state light detection and ranging (lidar) resolution
WO2020061823A1 (en) * 2018-09-26 2020-04-02 深圳市汇顶科技股份有限公司 Optical image acquisition unit, optical image acquisition apparatus and electronic device

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06120461A (en) * 1992-10-01 1994-04-28 Matsushita Electron Corp Solid-state image sensing device
JP2869280B2 (en) * 1993-01-27 1999-03-10 シャープ株式会社 Solid-state imaging device and method of manufacturing the same
JP4281132B2 (en) * 1998-11-11 2009-06-17 ソニー株式会社 Solid-state image sensor
JP3827909B2 (en) * 2000-03-21 2006-09-27 シャープ株式会社 Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
JP2003197897A (en) * 2001-12-28 2003-07-11 Fuji Film Microdevices Co Ltd Semiconductor photoelectric transducer
JP2005106994A (en) * 2003-09-29 2005-04-21 Canon Inc Focal point detecting device, imaging device, and method for controlling them
JP4556475B2 (en) * 2004-04-05 2010-10-06 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
JP2006121065A (en) * 2004-09-24 2006-05-11 Fuji Photo Film Co Ltd Solid-state imaging device
JP2006344754A (en) * 2005-06-08 2006-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid state imaging device and its fabrication process
JP5031216B2 (en) * 2005-09-27 2012-09-19 キヤノン株式会社 Manufacturing method of imaging apparatus
JP2007227643A (en) * 2006-02-23 2007-09-06 Fujifilm Corp Solid state imaging apparatus
JP4915126B2 (en) * 2006-04-10 2012-04-11 株式会社ニコン Solid-state imaging device and electronic camera
JP4968893B2 (en) * 2006-09-14 2012-07-04 キヤノン株式会社 Imaging device and imaging system
JP2008091771A (en) * 2006-10-04 2008-04-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid-state image pickup device and its manufacturing method
JP2008192951A (en) * 2007-02-07 2008-08-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid state imaging apparatus and manufacturing method thereof
US7803647B2 (en) * 2007-02-08 2010-09-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Optical transmission improvement on multi-dielectric structure in advance CMOS imager
JP5245370B2 (en) * 2007-11-22 2013-07-24 株式会社ニコン Solid-state imaging device, electronic camera
JP2010074218A (en) * 2008-09-16 2010-04-02 Dainippon Printing Co Ltd Solid-state image pickup element and method of manufacturing the same, and image pickup apparatus using the solid-state image pickup element
JP2010123745A (en) * 2008-11-19 2010-06-03 Sony Corp Solid-state imaging device and camera
JP2010181485A (en) * 2009-02-03 2010-08-19 Nikon Corp Image-pickup device and imaging element
JP5532766B2 (en) * 2009-02-13 2014-06-25 株式会社ニコン Imaging device and imaging apparatus
JP4743294B2 (en) * 2009-02-17 2011-08-10 株式会社ニコン Back-illuminated image sensor and imaging apparatus
JP2010272654A (en) * 2009-05-20 2010-12-02 Panasonic Corp Solid-state image pickup device and manufacturing method thereof
JP5278165B2 (en) * 2009-05-26 2013-09-04 ソニー株式会社 Focus detection device, imaging device, and electronic camera
JP5504695B2 (en) * 2009-05-29 2014-05-28 ソニー株式会社 Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
JP2014029351A (en) * 2010-11-18 2014-02-13 Fujifilm Corp Solid state imaging element and imaging apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016178341A (en) 2016-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5956718B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
JP5513326B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
KR101832094B1 (en) Backside illumination image sensor, manufacturing method thereof and image-capturing device
KR102523203B1 (en) Solid state image sensor, method of manufacturing the same, and electronic device
US8654227B2 (en) Focus detection apparatus, focus detection method, and image sensing apparatus
JP5451111B2 (en) Focus detection apparatus and imaging apparatus having the same
JP5147645B2 (en) Imaging device
JP5675157B2 (en) Focus detection device
JP5276374B2 (en) Focus detection device
JP5503209B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
JP6060494B2 (en) Imaging device
US20120138773A1 (en) Image capture apparatus
JP6174940B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
US20230207603A1 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method of the same, and electronic apparatus
JP6393293B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
JP2022132320A (en) Image pick-up device and imaging apparatus
JP2023067935A (en) Imaging device
JP2012220790A (en) Imaging apparatus
JP2011227388A (en) Imaging device
JP5735784B2 (en) Imaging device and control method thereof, lens device and control method thereof
JP5961208B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
JP7383876B2 (en) Imaging element and imaging device
JP2017169012A (en) Image processing device, control method of image processing device, and imaging apparatus
JP2016048738A (en) Image sensor and imaging apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170308

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170421

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170620

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180201

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180727

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180824

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6393293

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151